基于Windows CE的物流车载终端设计方案

一、引言

随着物流行业的快速发展，信息化和智能化成为提升物流效率和服务质量的重要手段。物流车载终端作为物流车辆的重要设备，集成了多种功能，如电子地图、GPS定位、无线通信等，为物流车辆提供全面的信息支持。本文提出了一种基于Windows CE嵌入式操作系统的物流车载终端设计方案，详细描述了主控芯片的型号及其在设计中的作用。

二、系统总体设计

1. 系统架构

本物流车载终端以嵌入式操作系统Windows CE为软件平台，结合高性能的主控芯片和多种功能模块，实现了电子地图、GPS定位、GPRS无线通信、语音提示等功能。

2. 主控芯片选择

在主控芯片的选择上，我们考虑了多种因素，包括性能、功耗、接口丰富程度等。最终，我们选择了Intel的PXA270处理器作为主控芯片。PXA270是Intel于2004年发布的XScale处理器家族的升级产品，最高主频达624MHz。它采用了先进的多媒体扩展技术（MMX），能够在掌上设备上播放高质量的视频和玩三维游戏。同时，PXA270还加入了Intel SpeedStep动态电源管理技术，在保证CPU性能的情况下，最大限度地降低移动设备功耗。因此，PXA270处理器成为高端移动设备中最受欢迎的处理器之一。

在本设计方案中，我们采用了基于PXA270处理器的阿尔泰ART270开发板和Liod评估板（简称Liod板）作为硬件平台。ART270开发板是北京阿尔泰科技推出的一款高端ARM开发平台，性能高、功耗低、接口丰富、功能强大，适合作为语音系统、指纹识别、PDA终端、车载GPS导航、无线上网、数码媒体播放、工业控制等设备的开发参考。Liod板则是一款针对嵌入式系统开发的评估板，其核心也是PXA270处理器。

三、功能模块设计

1. 电子地图模块

电子地图模块是物流车载终端的重要组成部分，它实现了地图的4级缩放、平移、归中功能。电子地图模块采用栅格图像实现，栅格图像由像素点组成，与矢量图像不同，栅格图像在用作电子地图时需要在地图元素和数据之间建立对应关系。

为了实现地图的多级缩放，我们采用了归一化坐标系。归一化坐标系可以简化栅格地图的多级缩放过程。在地图放大或缩小时，车辆对应的像素坐标会发生改变，但在GPS连续的两次更新间隔之间，车辆在地图上的归一化坐标是不会变化的。因此，我们只需要用新地图的像素宽度乘以归一化x坐标，即可得到车辆在新地图上的x轴像素坐标；同理，可得车辆在新地图上的y轴像素坐标。

本设计中的电子地图模块统一采用归一化坐标系，并实现了4级缩放功能。设计中采用了一幅大小为2251×1557、格式为BMP的成都地图作为原始地图，即所能支持的最大分辨率的地图。把缩小8倍以后的地图作为所能支持的最小分辨率地图。

2. GPS定位模块

GPS定位模块用于定位车载终端当前的位置。在本设计方案中，我们采用了阿尔泰GPS扩展模块和GARMIN15L 12通道定位模块。阿尔泰GPS扩展模块是一种低功耗GPS接收机模块，它集成了天宝新型lassen IQ 12路低功耗快速定位GPS接收模块，性能良好。该模块采用RS232串口与设备联接，与GPS通信的各种协议相兼容，方便用于研发。GARMIN15L 12通道定位模块则具有高精度、高灵敏度、低功耗等优点，能够满足物流车载终端对GPS定位的需求。

3. GPRS无线通信模块

GPRS无线通信模块实现了终端与控制中心的无线通信。在本设计方案中，我们采用了阿尔泰GPRS模块和GPRS Modem。阿尔泰GPRS模块支持三频GSM/GPRS 900/1800/1900 MHz，采用SIM300GSM/GPRS模块，提供标准的RS-232接口，工业标准设计，使其能以小尺寸和低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的高速传输。GPRS Modem则通过Liod板的串行口COM1发送和接收数据。

由于与控制中心交互的数据种类较多，我们定义了相应的应用层数据包格式。数据包的所有字段均采用单字节ASCII编码且为固定长度。在发送端，数值型字段需要在发送前格式化为定长字符串再封装到数据包中；在接收端，需要将数据包中的格式化字符串还原为数值型常量。数值型字段不足部分以字符“0”为前导字符进行填充；字符型字段不足部分以空格（SPACE,0x20）为前导字符填充。字符串型字段的长度不包括字符串结尾的NULL字符（在C语言中为0x00）。所有采用UNICODE编码的字符数据在封装到数据包中之前必须进行转换。

4. 语音提示模块

语音提示模块提供了更好的人机交互功能。在本设计方案中，我们直接使用了Liod板提供的音频接口来实现语音提示功能。通过语音提示模块，可以向驾驶员提供导航信息、车辆状态信息等。

5. 称重与打印模块

称重与打印模块用于读取电子秤数据并实现票据的打印。在本设计方案中，我们采用了自行开发的电子秤和TD58热敏打印机。电子秤使用应变片压力传感器、AD8221运算放大器和C8051F020芯片进行设计。物品重量通过应变片压力传感器转换成比较微弱的电压信号，此电压信号经过AD8221运算放大器放大后送到C8051F020的ADC1转换器进行转换。转换后的数据通过串口发送出去，并在扩展板的液晶显示屏上显示重量。TD58热敏打印机则用于实现票据的打印功能。

四、硬件设计

1. 硬件连接

在硬件连接方面，我们根据Liod板提供的硬件资源和系统需要使用的硬件情况进行了设计。硬件设计主要包括以太网口转串口电路设计和电子秤硬件电路设计两部分。

以太网口转串口电路设计采用了ZNE100T以太网转串口模块，将Liod板的以太网口扩充成3个串行口。这样，GPS接收模块、热敏打印机、电子秤等都可以通过串行口与Liod板进行通信。

电子秤硬件电路设计则采用了应变片压力传感器、AD8221运算放大器和C8051F020芯片进行设计。物品重量通过应变片压力传感器转换成电压信号后送到AD8221运算放大器进行放大，再送到C8051F020的ADC1转换器进行转换。转换后的数据通过串口发送出去，并在扩展板的液晶显示屏上显示重量。

2. 主控芯片作用

主控芯片PXA270在整个设计方案中起到了核心作用。它负责处理各种数据和信息，并控制各个功能模块的工作。通过PXA270的高性能处理器和丰富的接口资源，我们实现了电子地图的缩放、平移、归中功能；通过GPS定位模块和GPRS无线通信模块实现了车辆的实时定位和无线通信；通过语音提示模块提供了更好的人机交互功能；通过称重与打印模块实现了电子秤数据的读取和票据的打印。

五、软件设计

1. 操作系统选择

本设计方案采用了Windows CE作为软件平台。Windows CE是一种针对小容量、移动式、智能化设备的多任务、抢占式、模块化实时嵌入式操作系统。它具有与桌面Windows几乎完全兼容的API接口，方便开发者进行应用程序的开发。为了配合Windows CE上的应用程序开发，微软公司推出了eMbedded Visual C++（简称eVC）集成开发环境。本系统采用的是eVC 4.0版本。

2. 软件开发流程

在软件开发方面，我们按照以下流程进行了开发：

（1）需求分析：根据物流车载终端的功能需求进行需求分析，确定需要实现的功能模块和性能指标。
（2）系统设计：根据需求分析结果进行系统设计，包括硬件设计和软件设计两部分。硬件设计主要确定硬件平台和各个功能模块的实现方式；软件设计则主要确定操作系统的选择和应用程序的开发流程。
（3）编码实现：根据系统设计结果进行编码实现。在编码过程中，我们采用了模块化设计思想，将各个功能模块分别进行编码实现，并进行单元测试和集成测试。
（4）系统测试：在完成编码实现后，我们进行了系统测试。系统测试包括功能测试和性能测试两部分。功能测试主要验证各个功能模块是否满足设计要求；性能测试则主要测试系统的稳定性和响应速度等指标。
（5）系统优化：根据系统测试结果进行系统优化。在系统优化过程中，我们主要对代码进行了优化和调试，提高了系统的稳定性和响应速度。

六、结论

本文提出了一种基于Windows CE嵌入式操作系统的物流车载终端设计方案。该方案集成了电子地图、GPS定位、GPRS无线通信、语音提示、称重与打印等多种功能，为物流车辆提供了全面的信息支持。通过采用高性能的PXA270处理器作为主控芯片，并结合多种功能模块和丰富的接口资源，我们实现了物流车载终端的各项功能需求。同时，通过采用Windows CE作为软件平台和eVC集成开发环境进行应用程序的开发，我们提高了开发效率和系统的稳定性。该设计方案具有较高的实用价值和推广前景。

在未来的工作中，我们将继续完善该设计方案的功能和性能，提高物流车载终端的智能化水平和服务质量。同时，我们也将积极探索新的技术和方法，为物流行业的发展做出更大的贡献。